Első oktatócsomag. 1.Az atommag rövid története (olvasmány)

ELTE TTK Hallgatói Alapítvány – KÉMIA LEVELEZŐ ÉRETTSÉGI ELŐKÉSZÍTŐ Székhely: 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/C; Telefon: 381-2101; Fax: 381-2102; E-mail: [email protected] ; Felnőttképzési Nyilvántartási Szám: 01-1016-04

Első oktatócsomag - Minden olyan szövegrész, ami olvasmányként van feltüntetve, nem tartozik konkrétan az emelt szintű anyaghoz -, de szóbeli vizsgán nagyon jó benyomást tehet a plusz tudásod a vizsgáztató tanárokra. – és nem utolsó sorban remélem kis kedvet, tudok csinálni neked ezekkel a kis olvasmányokkal az elkövetkező anyagrészekhez. - A gyakorló feladatoknál fogsz találni úgynevezett egyszerű választásos tesztfeladatokat. A jelenlegei emeltszintű érettségiben ilyen típusú feladat nagyon kis százalékban fordul elő. De gyakorlás szempontjából, a tudásod rendezése szempontjából , ezek a feladatok, amiket összeállítottam neked nagyon hasznosak tudnak lenni. Jó munkát ☺.

1.Az atommag rövid története (olvasmány) Már az ókorban élő tudósokat, filozófusokat is foglalkoztatta az a gondolat, hogy van-e valamilyen közös a változatos anyagi világ felépítésében. Démokritosz (i. e. 460-370) ókori materialista filozófustól származik az az elgondolás, hogy az anyagokat nem lehet a végtelenségig aprítani, hanem mindenféle anyag - egy bizonyos mérettől kezdve tovább már nem bontható építőkövekből, ún. atomokból áll. Az atom elnevezés is tőle ered: atomosz = oszthatatlan. Démokritosz az atomokat különböző alakúaknak és nagyságúaknak képzelte el, és evvel magyarázta az anyagok változatos tulajdonságait. Démokritosszal szemben Arisztotelész úgy vélte, hogy a világ négy őselemből, a tűzből, a vízből, a levegőből és a földből keletkezett. Az őselemek mindegyike a meleg-hideg, nedves-száraz ellentétpár egy-egy tulajdonságával rendelkezik. Egy-egy elemhez két-két tulajdonság párosul. Például nedves és hideg a víz, forró és száraz a tűz, nedves és meleg a levegő, végül száraz és hideg a föld tulajdonsága. A világ ezeknek az anyagoknak a keverékeiből áll. Arisztotelész elképzelése szerint az anyag akármeddig osztható, és minden rész azonos összetételű a kiinduló egésszel. Arisztotelész természetfilozófiát átvették az alkimisták és a középkori filozófusok is. Miután Aquinói Tamás egyesíti az egyházi tanításokkal, az i. e. IV. századból származó tanítások – az egyház segítségével – egészen a XVII. századig kiszorítottak minden más felfogást. Démokritosz és az atomisták elképzelése tehát feledésbe merült, és csupán a XVII. században

Készítette: Fischer Mónika

kezdték bírálni Arisztotelész tételeit, mint például Boyle: 1661-ben megjelent Szkeptikus kémikus című munkája. Az alkímia sikertelensége, az anyagok arannyá alakíthatatlansága és az arany megváltoztathatatlansága elősegítette az elem fogalmának kialakulását: Azok az anyagok, „amelyek egyikét sem lehet a másikból előállítani, … s amelyekké az összetett testek bonthatók” (Boyle). Dalton (1766-1844) az általa feltárt többszörös súlyviszonyok törvényéből már arra következtetett, hogy az elemeknek valóban léteznek az építőkövei, a tovább már nem osztható atomok, és hogy ugyanannak az elemnek az atomjai teljesen egyformák. A hidrogénre, vagyis a legkönnyebb elemre vonatkoztatva bevezeti a relatív atomtömeg fogalmát. A daltoni atommodell, az atomok oszthatatlanságáról szóló elképzelés a XX. század elejéig uralkodott, jóllehet a tudomány ismert már egy sor olyan jelenséget, amit a daltoni atomokkal nem lehetett magyarázni. Így pl. azt a tényt, hogy egyes fémekből hevítés, illetve megvilágítás hatására negatív töltésű részecskék lépnek ki. Ezekről később kiderült, hogy ugyanolyanok, mint a dörzselektromossággal keletkező negatív töltésű részecskék, valamint azok, amelyek az elektromos áramot idézik elő. Ezeket a részecskéket elektronoknak nevezték el. Thomson ugyan felfedezi az elektront (1897), de az atom oszthatatlanságát mégis a radioaktivitás felfedezése cáfolta meg.

1

www.biokem.hu


2. Az atommag felfedezése részecske tovahaladását. Ezt a centrumot atommagnak nevezte el. Az atommag felfedezésével új atommodell született. Az elektronok az atommagon kívül, az úgynevezett elektronburokban találhatók. A kis tömegű elektronok az α-részecskék számára ütközés esetén nem jelentenek akadályt. A későbbiekben felfedezett neutronok elhelyezkedésére is a szórási kísérletekből következtettek. A neutronok – a protonnal szinte megegyező tömegűknél fogva - feltétlenül akadályoznák az α-részecskék tovahaladását, ha a magon kívül helyezkednének el; mivel ez a kísérletekben nem volt tapasztalható, bebizonyosodott, hogy a neutronok a protonokkal együtt az atommagban találhatók. A Rutherford-féle szórási kísérletekből levont következtetések ma is helytállóak.

A radioaktív sugarak közül – főleg az αsugarakat – a XX. század elején már kutatóeszközként használták fel. Rutherford e sugárzás által fedezte fel az atommagot 1910ben, melyet 1911-ben publikált. Rutherford igen vékony aranyfóliára α-részecskéket bocsátott, és vizsgálta a részecskék nyomát cink-szulfiddal bevont ernyőn. Az α-részecskék becsapódása a cink-szulfid ernyőn felvillanásokat okozott. Azt tapasztalta, hogy a fóliára merőlegesen érkező αsugárnyalábok egy része irányváltoztatás nélkül tovább haladt, kisebb hányada eltérült (elhajolt, szóródott), míg nem kis meglepetésére némely részecske visszapattant. Rutherford ebből arra következtetett, hogy az aranyfóliában az anyag nem egyenletes eloszlású. Megállapította, hogy α-részek ahonnan a pozitív töltésű visszapattannak egy, az α-rész tömegénél nagyobb tömegű és pozitív töltésű anyagi centrum van, mely megakadályozza az α-

1. ábra: A Rutherford-féle szórási kísérlet vázlata ki. Megörökíteni ezt az eseményt csak 1923-ban sikerült Blackettnek. Ezáltal igazolta, hogy a héliummag nem csak kilöki a protont a nitrogénmagból, hanem be is épül abba: 4 14 = 8O17 + 1H1 2He + 7N Rutherford megállapította azt a tényt is, hogy az így keletkező proton energiája nagyobb, mint a folyamatot létrehozó héliummag energiája, tehát a magátalakulás közben energia szabadul fel .

Rutherfordnak 1919-ben sikerült az első mesterséges magátalakítást elvégeznie. Egyszerű kísérleti berendezéssel dolgozott. Természetes radioaktív anyagokból származó α- sugarakat használt bombázó lövedéknek. Arra a következtetésre jutott, hogy az α- sugarakat alkotó héliummagok néha eltalálnak nitrogénmagot, miközben a levegőben haladnak és abból egy hidrogénmagot , azaz protont ütnek


2

www.biokem.hu


2.1 Az atommag stabilitása, stabilizálódása Az elemek eltérő gyakoriságából a tudósok arra következtettek, hogy a különböző összetételű atommagok nem egyformán stabilak. Az atommagok stabilizálódására több lehetőség kínálkozik: - a radioaktív bomlás, ill. bomlási sor, amikor az atommag alfa, béta vagygamma sugárzás kibocsátásával stabilizálódik, - spontán vagy előidézett maghasadás, - fúzió. A stabilitást meghatározó tényezőket vizsgálva megállapítható, hogy a stabilitást a magban lévő protonok és neutronok számának arányán keresztül az összetartó erők (magerők) erőssége határozza meg. Ha az eredetileg stabil mag proton-neutron arányát megbontjuk, akkor az új (származék) mag instabillá, többnyire sugárzóvá válhat.

3.Atom felépítése Számolás gyakorlás: Ötösöm l. k: 15-24- ig Számolás és elméleti gyakorlás :Villányi k. feladatgyűjtemény ( VA):11-26- ig 3.1 Elemi részecskék jellemzése Az atomban megtalálható részecskék, építőkövek az elemi részecskék. - proton - elektron - neutron A proton: Jele : p+ Mivel a protonok elektromos erőtérben a negatív pólus felé mozdulnak el ezért ők maguk pozitív töltésűek. Tömege: 1,673 · 10 –27 kg. Az elektron: Jele : eMivel az elektronok elektromos erőtérben a pozitív pólus felé mozdulnak el ezért ők maguk negatív töltésűek. Tömege: 1840 – ed része az protonnak . Ezért elhanyagolható. A neutron: Töltés nélküli részecskék. Jele : no Tömege: 1,675 · 10 –27 kg. Az atom központi része az atommag. Itt találhatók a protonok és neutronok. Közös néven a nukleonok. A hidrogén kivételével minden elemben van neutron. A mag töltése a benne lévő protonok miatt pozitív, és a magban lévő protonok száma megegyezik a mag töltésszámával


3

www.biokem.hu


3.2 A rendszám A protonok számát a rendszámmal jelöljük. Jele : Z Jelölése : A vegyjel bal alsó sarkába írt indexszám pl:

35 Cl 17

A protonok száma határozza meg az anyagi minőséget . Elem definíciója: Az azonos rendszámú atomok halmazát kémiai elemnek nevezzük. Az atomok kifelé elektromosan semlegesek .Ez csak úgy lehet, ha a magban lévő protonokat ugyanolyan mértékben semlegesíti valami .Az elektronok. Egy atomban a protonok és elektronok száma megegyezik.

3.3 Tömegszám: Jele: A Jelölése : A vegyjel baloldalának felső indexébe írják. A tömegszámot a protonok és neutronok tömegének összege adja.

3.4 Izotópok, radioaktivitás Bizonyított hogy megegyező elem atomjai sem egyformák, bár a protonok száma egyazon elemnél megegyeznek, de a neutronok száma és ebből kifolyólag a tömegszám eltérő egyes esetekben. Ezért az azonos rendszámú de eltérő tömegszámú atomokat izotópoknak nevezzük. Pl: A klór két izotópja a 35- ös és 37- es tömegszámú. Radioaktív izotópról beszélünk, ha az elem atommagja nem stabil. Ilyen radioaktív izotópok előfordulnak a természetben is . Pl: 235- ös U izotóp De mesterségesen is lehet olyan izotópot előállítani, ami sugárzó. A természetes elemeknél az izotópok aránya állandó 3.4.1 A radioaktív sugárzás (olvasmány ) A radioaktív sugárzás észlelése határozottan egy tévedés, majd egy azt követő véletlen esemény következménye. Becquerel 1896 februárjában atyai örökségként fluoreszkáló sók tulajdonságait vizsgálta. Az ötletet 1895 novemberében Wilhelm Conrad Röntgen által felfedezett, nagy áthatoló képességű sugárzás (X-sugárzás) adta, amelyet később felfedezőjéről röntgen-sugárzásnak neveztek el. Véleménye szerint a fluereszcens fény és a röntgensugár kibocsátása azonos okra vezethető vissza. Fényképezőlemezre napsugárzásnak kitett uránásványt helyezett. A film a várt feketedést mutatta. Egy alkalommal az idő beborult és így Becquerel vastagon fekete papírba csomagolt fotolemezt a fluoreszcens ásvánnyal együtt szekrényébe helyezte. Napok múlva kíváncsiságból előhívta a lemezt és megdöbbenve tapasztalta, hogy az teljesen elfeketedett. Becquerel először hibás következtetését publikálta, miszerint a feketedést a fluoreszcens fény okozta. Csak további kísérletei győzték meg arról, hogy egy korábban ismeretlen sugárzás hatását tapasztalta, ami a levegőt éppúgy ionizálja, mint a röntgensugárzás.(1.342.oldal) Becquerel a további vizsgálatokat asszisztensére, Marie Skłodowska Curie-re bízta. A Curie házaspár hősies kitartással dolgozva további radioaktív elemeket fedezett fel: a polóniumot és a rádiumot 1898-ban. Jellemző a korra, hogy Curie-ék nem tudták, hogy a sugárzás energiája honnan származik; el sem tudták képzelni, hogy az elem a radioaktív sugárzás során átalakulhat.


4

www.biokem.hu


Rutherford 1898-ban megállapítja, hogy az urán radioaktivitása nem homogén; van egy roppant erősen ionizáló összetevője, amely azonban már egy papírlapon sem halad át, és egy nagyobb áthatoló képességű összetevője, amely azonban az ionizációnak csak kis hányadát okozza. A sugárzásokat α- és β-sugárzásnak kereszteli el. Később a β-sugárzásról Becquerel megállapítja hogy részecske természetű és a részecskék azonosak az elektronnal. Az α-sugárzás azonosításához azonban sokat kellett várni: Rutherford 1909-ben bizonyította be, hogy az α- részek azonosak a kétszeresen ionizált hélium atommal, vagyis He-atommagjával.

3.5 Az atommag tömege: Az atomok tömegét egymáshoz viszonyítva adják meg viszonyítási alapul az atomi tömegekhez mérhető egységet választottak. Így lett a relatív atom – és molekulatömeg egysége a szén tizenkettes izotópjának atomtömegének 1/12 – ed része. Tehát a relatív atomtömeg megmutatja hogy az elem egy atomjának átlagos tömeg e hányszor nagyobb a szén tizenketted izotópjának atomtömegének 1/12 – ed részénél. Jele: Ar A relatív atomtömeg mértékegység nélküli szám mivel a részecskék tömegének arányát adják meg. 3.5.1. Moláris tömeg : Az anyag tömegének és anyamennyiségének hányadosa. Jele: M m tömeg  g  M= = n anyagmennyisé g  mol  − számítható ki {pl. Mr (Cl2)= 71}.

3.6 Az elektronburok: Mivel a pozitív töltésű mag a negatív töltésű elektronokra vonzóhatást gyakorol így azok a mag körül elhelyezkedő elektronburokban helyezkednek el. Az elektronburokban az elektronok nem egyenletesen helyezkednek el az elektronok. Gyakorlatilag nem lehet megmondani hol van az elektronfelhő széle. Nincs éles határa. A burokban megtalálható elektronok mindegyikkének meghatározott egymástól eltérő energiája van. Minél nagyobb egy elektron energiája annál inkább le tudja győzni a mag vonzó hatását , és ezáltal attól egyre távolabb tud kerülni. Az elektron tartózkodási valószínűsége megmutatja, hogy az elektron a burokban egy adott térrészben milyen valószínűséggel található meg. Lesz az elektronburokban olyan térrész, ahol az elekronsűrűség maximális. Ezt a térrészt atompályáénak nevezik. 3.6.1. Atompályák Az atompálya az a térrész amelyen belül a mag erőterében mozgó elektron nagy valószínűséggel tartózkodik. Az atompályák eltérhetnek egymástól. - alakban - magtól mért távolságban Alak szerint lehetnek s-p-d-f- pályák. Az s- pályák jellemzése. Adott sugarú távban a magtól mindig csak egy s- pálya lehet .Alakja gömb. Megjelenhet a K, vagy is az 1. héjtól fogva. Készítette: Fischer Mónika

5

www.biokem.hu


A p- pálya jellemzése: Adott sugarú távban a magtól mindig csak három p- pálya lehet. Alakja "nyolcast" formál. Ilyen pálya csak a L, azaz a 2. héjtól jelenhet meg . A d- pálya jellemzése: Adott sugarú távban a magtól mindig csak öt d- pálya lehet. Alakja "szirmot" formál. Ilyen pálya csak a M, azaz a 3. héjtól jelenhet meg . A f- pálya jellemzése: Adott sugarú távban a magtól mindig csak hét f- pálya lehet . Ilyen pálya csak a N, azaz a 4 . héjtól jelenhet meg . Az atommagban, azonos távolságban lévő atompályák együttesen alkotnak 1-1 elektronhéjat, főhéjat. Az egy héjon belüli azonos alakú pályák álhéjat képeznek 3.6.2. Pályaenergia: Az atommagtól végtelen távolságban, az elektronburkot túllépve már nem érvényesül a mag vonzó hatása az elektronokra. Ebben az állapotban az elektron energiáját nullának lehet venni. Ha viszont az elektront közelítjük a maghoz – egyre jobban hat rá a vonzása – így energiája egyre kisebb lesz. A magot az elektron maximálisan az 1s – pályáig tudja megközelíteni, tehát itt lesz energiája a legkisebb. Adott atompályán lévő elektron energiáját pályaenergiának nevezik Az atomok legstabilabb tehát a legkisebb energiájú állapotát nevezik alapállapotnak. Mértékegysége: kJ/mol, Értéke: negatív. A pályaenergia függ: a.) a pálya fő- és mellékkvantumszámától. Több elektront tartalmazó rendszerben figyelembe kell venni az elektronok kölcsönhatását is. Ez az oka annak, hogy egy adott (n >2) héj p- alhéjának feltöltődése után energetikailag mindig kedvezőbb a következő héj s-alhéja, és csak azután következik az előző héj d-alhéja, hasonló a pés az f-alhéjak viszonya is. b.) adott atompálya energiája minden elem atomjában más, értéke függ az elem protonszámától. Minél több protont tartalmaz az atommag, annál nagyobb vonzást gyakorol az elektronburokra, annál közelebb kerülnek az adott pálya elektronjai a maghoz, annál több energia szabadul fel az elektronnak az adott pályára való kerülésekor, így annál kisebb lesz a pályaenergia értéke. 3.6.2.1.Főkvantumszám: A pálya nagyságára és energiájára vonatkozó adat. Jele: n, értéke: n = 1, 2, 3, …egész számok. Egy adott atomban az azonos főkvantumszámú pályák alkotják a héjakat. Jelölésük nagybetűvel történik: K-tól ABC sorrendben. A növekvő értékek egyre nagyobb (de nem kétszer, háromszor stb.) méretű pályákat jelölnek. 3.6.2.2. Mellékkvantumszám: A pálya alakjára (szimmetriájára) és energiájára vonatkozó adat. Jele: l, értéke: n-től függően 0-tól maximum (n-1) lehet, egész szám. Egy adott atomban az adott főkvantumszámhoz tartozó, azonos mellékkvantumszámú pályák alkotják az alhéjakat. Jelölésük a megfelelő kisbetűkkel (s, p, d, f) történik. A mellékkvantumszám értéke megegyezik az atompálya csomósíkjainak számával. Csomósík: az a sík, amelyen az elektrontartózkodási valószínűsége 0 ! A 0 mellékkvantumszámú s-pálya gömbszimmetrikus, csomósíkja nincs, az 1-es mellékkvantumszámú p-pályák


6

www.biokem.hu


tengelyszimmetrikusak , egyetlen csomósíkjuk a pálya hossztengelyére merőleges. A 2-es mellékkvantumszámú alhéj d-pályákból, a 3-as alhéj f-pályákból áll. 3.6.2.3 Mágneses kvantumszám: Az atompálya mágneses térben való viselkedésére utaló adat. Jele: m. Értéke a mellékkvantumszámtól függ, minél bonyolultabb, azaz minél nagyobb mellékkvantumszámú a pálya, annál többféleképpen helyezkedhet el az a mágneses térben. Az s-pályák esetén m= 0; ppályáknál m= –1, 0, 1 háromféle, a 2-es mellékkvantumszámú d-pályákból m= –2, –1, 0, 1, 2 ötféle, az f-héjákból így hétféle létezik. 3.6.2 4 Spinkvantumszám: az atomban kötött, illetve az atomon kívüli elektron mágneses sajátságára vonatkozik. Jele: ms, értéke –1/2 vagy +1/2 lehet. Jelölhető cellás diagrammal ! Az atompályákat a három kvantumpályával jellemezzük: egy adott atompályának adott a fő-, mellék- és mágneses kvantumszáma. 3.6.3. A pályafeltöltődés sorrendje: Ha az atommal energiát közölnek az elektronjaik eredeti helyükről – az alapállapotból – magasabb energiájú pályára léphetnek át .Ezt az állapotot gerjesztett állapotnak hívják. Ez nem stabilis , ha megszűnik az energiaközlés , az elektronok a felvett energiát elkezdik visszasugározni , addig míg vissza nem nyerik eredeti alapállapotú energiaszintűket. Az elektronburok kiépülésénél három szabálynak kell érvényesülnie. 1. Energiaminimum elve: Mely kimondja hogy az alapállapotú atomban az elektronok mindig a lehető legkisebb energiájú szabad helyet foglalják el 2. Pauli – elv: Egyetlen pályán két elektronnál több nem tartózkodhat. Miután egy atompályának három kvantumszáma adott, rajta legfeljebb két, ellentétes spinű elektron tartózkodhat. Jelölhető cellás diagrammal: párosított spinű elektronok párosítatlan spinű elektron 3. Hund – szabály: Azonos energiájú atompályák úgy töltődnek fel , hogy lehetőleg minél több pár nélküli elektron legyen az elektronburokban. Feltöltődés szempontjából a H nem sorolható be mivel miután leadta az elektronját csak egy parányi proton marad vissza.


7

www.biokem.hu


4.A periódusos rendszer 1829-ben Döberiner felismerte hogy vannak úgy nevezett elemhármasok ( pl: Cl, I , Br ) melyek tulajdonságai hasonlóak. Majd észrevették, hogy ha növekvő atomtömeg alapján sorba rakják az elemeket , minden 8. elem hasonló tulajdonságú lesz.→ oktávtörvény ( A nagy rendszámúaknál ez a törvény már nem érvényesül.) 1868-ban Mayer és Mengyelejev egymástól függetlenül megalkotják a periódusos rendszert. De Mengyelejev továbbfejlesztette növekvő atomtömeg és tulajdonság alapján, és ha olyan elemhez ért aminek a tulajdonságai megegyeztek egy már felírt elem tulajdonságaival akkor azt az alá írta. Ily módon kialakultak oszlopok – azonos tulajdonságokkal – és sorok. ha konfliktusba került a két szemponttal akkor a tulajdonságot részesítette előnyben . Mivel Mengyelejev idejében csak 61 db elemet ismertek ezért felcserélt és kihagyott helyeket a tulajdonságok érdekében. Az üres helyre jóslásokat tett és ezek nagy része igazolódott is. Oktettszerkezet: A nyolcas konfiguráció az egy héjon telített s- és p- pályákat jelentő ns2p6 – szerkezet. Vegyértékelektronok: Azokat az elektronokat, amelyek a le nem zárt, nem nyolcas konfigurációjú héjban vannak. Atomtörzs: Az atommagból és azokból az elektronokból áll, amelyek nem tekinthetők vegyértékelektronoknak.

4.1 Szabályosságok a rendszerben a, Az első három periódusba tartozó A oszlopok elemeinek szerkezetéből és tulajdonságából megállapítható hogy : - Egy elem annyiadik oszlopban fordul elő ahány elektronja van a legkülső héjban. - Egy elem annyiadik periódusban van ahány elektronhéja van összesen. - Az azonos oszlopban egymás alatt található elemek legkülső elektronhéjaik szerkezetében megegyeznek, csak elektronhéjaik számában térnek el. - Az azonos oszlopban lévő kémiai tulajdonságai hasonlítanak egymásra. - Az A oszlopban olyan elemek vannak melyeknek csak 1 le nem zárt elektronhéja van. Ezen s- és p- elektronok vannak. b Az atomsugár egy perióduson belül általában balról jobbra haladva csökken. Egy oszlopon belül fentről lefelé nő. c, Azonos oszlopban az azonos töltésű ionok sugara a rendszám növekedésével nő. d, Elektronegativitás a rendszerben a Franciumtól a Fluorig átlóban nő és oszloponként lentről felfelé haladva is nő. e, A rendszám növekedésével a redukálóképesség csökken, oxidálóképesség nő. 4.2. rendszer felépülése s-mező p-mező


A vegyértékelektron-szerkezet I.A csoport alkálifémek II.A csoport alkáliföldfémek III.A csoport földfémek IV.A csoport szén- és óncsoport V.A csoport nitrogén- és antimoncsoport 8

n s1 (n>1) n s2 n s 2 p1 n s 2 p2 n s 2 p3

www.biokem.hu


d-mező mellékcsoportok

VI.A csoport VII.A csoport VIII.A csoport pl. III.B csport I.B csoport II.B csoport

oxigéncsoport halogénelemek nemesgázok

n s 2 p4 n s 2 p5 n s2p6 (kivétel: He)

rézcsoport cinkcsoport

n s1 (n-1)d10 n s2 (n-1)d10

Eltérések; − A K-héj két elektronnal telítetté válik, ezért a hélium nemesgázszerkezete 1s2 − Az ns és az (n-1)d alhéjak energiaszintje olyan közel van egymáshoz, hogy egyes esetekben (pl. I.B csoportnál) energetikailag az kedvezőbb, ha a d-alhéj telített és az ns alhéj telítetlen: ns1(n-1)d10 − A VIII.B csoportban a három, egymás mellett lévő elem jobban hasonlít egymásra, mint az egymás alattiak, ezért itt ezek alkotnak egy-egy csoportot (pl. vascsoport tagjai: vas, kobalt, nikkel).

4.3. Lantanoidák és aktinoidák A periódusos rendszer 57. eleme a lantán a 6. periódusban és a III.B oszlopban foglal helyet. Itt megkezdődik a 5d – alhéj kiépülése, de anélkül hogy 4f – alhéj feltöltődése megindult volna. Ez az alhéj csak a 58- as rendszámú elemtől - Ce - kezd kiépülni (közben a d- héj kiépülése megáll.). Ce – ot követő 13 elemnél folytatódik a 4 f alhéj feltöltése és a 71 – es rendszámú Lu – nál fejeződik be. A La után következő 14 elemet melyeknél 3 le nem zárt héjban találhatók a vegyértékelektronok (s, p, f), lantanoidáknak nevezik. A lantanoidákat a rendszer alján szokták feltüntetni. Az aktinoidákat a lantanoidák alatt tüntetik fel. Terjedelmük a 90- 103 – ik elemig tart.

5. Az atomok jellemzése 5.1 Atomok mérete 5.1.1Az atomsugár: Az atomok tulajdonképpen gömböknek tekinthetők, tehát méretüket a gömb sugarával lehet jellemezni. A meghatározásban problémát jelent hogy nem tudni hol az atom elektronfelhőjének vége. Ezen kívül gondot, hogy más a szabad atom és a kötésben lévő atom sugara is. A szabad atom sugara annak az atommagtól számított legkisebb távolságnak a fele, ameddig a két azonos atom megközelítheti egymást, anélkül hogy közöttük kémiai kötés jönne létre. A sugár nagyságát befolyásolja: - mag töltése - atom elektronkonfigurációja

5.2 Ionok Elektromos töltéssel rendelkező atomok vagy atomcsoportok. 5.2.1 Kationok képződése Ha a semleges atomból elektront, elektronokat távolítunk el akkor pozitív töltésű ion lesz


9

www.biokem.hu


Pozitív töltésű ionokat kationoknak nevezik, mert elektromos erőtérben a negatív töltésű elektród – a katód – felé mozdulnak el. Ionizációs energia: Azt az energiát, ami 1 mól szabad állapotú atomból egy vagy több mól elektron leszakításához kell ionizációs energiának nevezik. Mértékegysége: kJ/mol. Méretük: Mindig kisebb, mint az eredeti atomé, hiszen elektron leadással képződnek. Esetenként az elektronhéjak száma is csökkenhet. He

2500

Ne 2000

F Ar N

1500

Cl H

O

Be

1000

P

C

Mg

S

B

Si

500

Al

Na

Li

K

0 0

2

4

6

8

10 rendszám

12

14

16

18

20

Az ionizációs energia változása a rendszám függvényében (kJ/mol) Az első elektron eltávolítása után több elektron is leszakítható, de ehhez már sokkalta nagyobb energia kell mint az első elektron leszakításához. Mivel ekkor már nem semleges atomról hanem egy pozitív töltésű ionról kell az elektront eltávolítani. 5.22 Anionok képződése Ha a semleges atomhoz egy vagy több elektron kapcsolódik, akkor negatív töltésű ion lesz Negatív töltésű ionokat anionoknak nevezik, mert elektromos erőtérben a pozitív töltésű elektród – az anód – felé mozdulnak el. Azt az energiát, ami felszabadul vagy elnyelődik , miközben 1 mol szabad állapotú atomból 1 mól anion keletkezik elektronaffinitásnak nevezzük. Jele Ea, Mértékegysége: kJ/mol. Méretük: Mindig nagyobb, mint az eredeti atomé, hiszen elektron felvétellel képződnek. .


10

www.biokem.hu


6. Kémiai kötések Számolás: Kémiai egyenletrendezés alapelvei :VA 125-157 (52.1 nem kell) Sztöchiometriai számitások VA125-135 gyakorló feladatok: VF.18.-22.o. 6.1 Elektronegativitás : Az elektronegativitás az adott atom elektronmegkötési hajlamát fejezi ki a kémiai kötésben. Jele: EN Függ: -az atom elektronhéjainak számától - vegyértékelektronok számától. Nevezetes értékek: A legkisebb a franciumnak:0.7 Legnagyobb a fluornak 4,0

6.2 Ionos kötés Két atom között ionos kötés jön létre, ha az egyik atom a másiknak elektront ad át és evvel nemesgázkonfigurációjú pozitív ion lesz, míg a másik atom az elektront felvéve neme gáz konfigurációjú negatív ion lesz. Az így létrejött ionokat az elektrosztatikus vonzás tartja össze ionvegyületté. Ionvegyületek létrejöttének feltétele hogy a kapcsolódó atomok közti elektronegativitás különbség nagyobb legyen kettőnél. ∆EN >2 Az ionvegyületek jelölése képlettel történik, de ez nem molekulaképlet csupán csak azt fejezi ki, hogy az ionvegyületben milyen a kationok és anionok aránya. Ionvegyületek szerkezete: Az elektrosztatikus erő az ellentétes töltésű ionokat szabályos térbeli alakzatba úgy nevezett kristályrácsba rendezi. Az ily módon kialakult kristályokat ionkristálynak nevezik.

6.3 Kovalens kötés 6.3.1. Kialakulása: Abban az esetben, ha két olyan atom találkozik, amiknek ∆EN- je pici akkor egyik sem képes elvenni a másiktól az elektronját. Ez esetben úgy érik el a nemesgázszerkezetet, hogy közös elektronpárokat hoznak létre. A kötés létrejöttének feltétele hogy a kapcsolódó atomoknál a ∆EN<2 Evvel a kötéstípussal molekulák jönnek létre. Kötő elektronpár: − az olyan elektronpár, amelyik legalább két atomtörzs erőterébe tartozik (ezek jönnek létre kolligációval vagy datív módon). Nemkötő elektronpár:


11

www.biokem.hu


− az, amelyik kémiai kötést nem létesít, tehát a molekulában is csupán egy atomtörzshöz tartozik. Mind a kötő-, mind a nemkötő elektronpárok a kötést létesítő atomok vegyértékelektronjaiból jönnek létre 6.3.2 .Molekulapályák: A molekulapálya az elektronok maximális tartózkodási valószínűségű helye két vagy több összekapcsolódott atom atommagjának erőterében. 6.3.2.1..Molekulapálya fajták: a, Ha a kötő elektronpár elektronsűrűsége a kötés tengelye mentén a legnagyobb, szigma kötés jön létre. Két atom között maximálisan egy ilyen kötés jöhet létre. b, Ha a kötő elektron pár elektronsűrűsége a kötés tengelyére merőlegesen a legnagyobb akkor pi – kötés alakul ki. Ebből a kötéstípusból két atom között maximálisan kettő alakulhat ki. Tehát az egyszeres kötés mindig π- kötés A kétszeres kötésből az egyik σ a másik π. A háromszoros kovalens kötésnél egy szigma és két pi kötés alakul ki. Ezek a kötések lokalizáltak ( kétcentrumosak ) mivel a kötő elektronpátok csak két atom erőterében tartózkodnak. - Delokalizált π- kötések: Abban az esetben beszélünk róla ha a közössé váló elektronok egyidejűleg több atommag erőterébe kerülnek pl: C6H6 esetében. Ebben a molekulában a 6 szénatom gyűrűvé záródik, σ kötésekkel. Mindegyik szénhez szintén szigma kötéssel 1-1 H kapcsolódik. Ekkor azonban még mindegyik C – nek marad egy pár nélküli elektronja. Ezt a 6 db elektront közössé teszik és mivel mindegyik C – atom egyenlő mértékben vonzza őket így ezek egyenletesen helyezkednek el a szén gyűrű síkja alatt és felett, mivel a szeneket összekötő szigma kötések miatt a gyűrűben már nincs számukra hely. A közös elektronok úgynevezett π- elektronszextettet hoznak létre. Ez a kötéstípus delokalizált ( többcentrumos) azaz a kötő elektronok kettőnél több atom erőterében vannak. Delokalizált elektronok csak π- kötésűek lehetnek. 6.3.3 Kovalens kötés jellemzői: - Kötéstávolság: A molekulát alkotó atomok középpontjainak egymástól való távolsága. - Kötési energia : Az az 1 mol anyagra vonatkoztatott energia, ami az adott típusú kötés felbontásához kell Értéke függ: − az atomok méretétől − az atomtörzs töltésétől − az EN-tól − a kötéseket létesítő elektronpárok számától (attól, hogy egyszeres, kétszeres vagy háromszoros kötésről van-e szó). - Kötésszög: A kapcsolódó atomok kötései által bezárt szög. Készítette: Fischer Mónika

12

www.biokem.hu


Függ:- A molekulában lévő központi atom vegyértékelektronjainak számától - A központi atom nem kötő elektronjainak számától 6.3.4 Molekulák térbeli alakja: ( Térbeli elrendeződés :Villányi KÉMIA a kétszintű érettségire c. könyv 36-37-oldalon is látható.)

1: A központi atom körül csak kötő elektronpárok vannak. -

180˚- os szög alakul ha kételektronos a központi atom. A molekula lineális. pl: BeCl2 - 120- os lesz a kötésszög három elektront tartalmazó központi atom esetében. Háromszög alakú molekula keletkezik. pl: BF3

- 109,5˚- os lesz a szög négy vegyértékelektron esetében. Tetraéder alakú molekula jön létre. Pl: CCl4

2: A központi atom körül nemkötő elektron pár is van : A nemkötő elektronpárok a kötésszöget módosítják. Pl: NH3

A nitrogén körül négy elektronpár található, mely alapján azt várnánk, hogy szabályos tetraéderes elhelyezkedés legyen . De az ammóniában csak 3 elektronpár van kötésben és van egy nem kötő elektron pár is , melynek a helyigénye nagy így a várt 109, 5˚- os szöget összébb nyomja 107˚- ra. Pl: H2O


13

www.biokem.hu


A vízmolekulában az oxigén atom a központi és körülötte van még 2 nem kötő elektronpár mely a térigénye miatt a várt 180˚ - os szöget lenyomja 104,5˚ - re. 6.3.5.Kötések polaritása: a, Apoláris kötés: Abban az esetben jön létre ha azonos atomok kapcsolódnak össze és így a molekulán belül sehol sem figyelhető meg töltés eltolódás , mivel az atomok a kötő elektronpárokra azonos erővel hatnak. ∆EN= 0 b. Poláris kötés: Abban az esetben jön létre ha különböző atomok kapcsolódnak össze és így a molekulán belül töltéseltolódás figyelhető meg , mivel az atomok a kötő elektronpárokra nem azonos erővel hatnak. ∆EN >0 Minél nagyobb az egyik atom elektronegativitása, annál magához tudja húzni a kötő elektronpárokat. Körülötte negatív töltésfelesleg lesz megfigyelhető, a másik atom körül pozitivitást lehet észlelni. b/2 Datív kötés : A poláris kötés egyik fontos fajtája .hol a kötő elektronpárokat a kapcsolódó atomok nem egyenlő mértékben szolgáltatják. p l: CO pl: H- : + H+ → H  H 6.3.6. Oxidációs szám: Vegyérték : Az a szám ami megmutatja hogy hány elektronnal vesz részt az atom a kémiai kötésben. Az oxidációs szám megmutatja, hogy a kémiai kötésben a kérdéses atom hány elektront vonzott magához illetve hányat taszított el magától. Atomok oxidációs száma elemi állapotban nulla. Vegyületekben az oxidációs számok algebrai összege nulla. Összetett ionok képletében feltüntet atomok oxidációs számának algebrai összege az ion megfelelő előjelű töltésszámával egyezik meg. 6.3.7 Molekulák polaritása Apoláris molekulák létrejöhetnek: - ha a molekulát azonos atomok építik fel. Ekkor minden kötés apoláris lesz, minden atom környezetében egyenletes a töltéseloszlás. - Abban az esetben ha a molekulát poláris kötésű atomok építik fel de a poláris kötések által fellépő elektron eltolódás a térben kiegyenlíti egymást. pl: CCl 4 -


14

www.biokem.hu


Poláris molekula alakul ki : - Alapfeltétel hogy a molekulában legyen poláris kötés és a töltéseltolódásoknak nem szabad egymást kiegyenlíteni. 6.4 Fémes kötés pl: ha két Na atom ütközik , hiába teszik közössé vegyértékelektronjaikat , a nemesgázszerkezetet nem tudják elérni(.Ez a tény minden fématomra igaz ) A fémek atomjai csak úgy tudnak egymással kötést létesíteni, ha a vegyértékelektronokat közössé teszik. Fémes kötésben a fématom-törzseket a vegyértékelektronokból álló delokalizált elektronfelhő veszi körül, ennek eredménye összetartóz fématomok halmaza. Ennél a kötésnél az atomtörzsek kristályrácsban helyezkednek el. 6.4.1.Összetett ionok: Összetett ionoknak nevezzük azokat a részecskéket, amelyekben az atomok egyszeres vagy többszörös kovalens kötéssel kapcsolódnak össze de kifelé töltéssel is rendelkeznek. Pl: NH4+.CO32-, NO36.4.2 .Kompex ionok: Állnak a központjukban egy fémionból és az azt körülvevő ligandumokból. A fémion lehet : - kation - anion Leggyakoribb komlexképző fémek a d- mező elemei. A ligandumnál jól hozzáférhető nemkötő elektronpárnak kell lennie. Pl: hidroxidion, tioszulfátion , ammóniamolekula Komplexképző olyan fémion lehet, amely akceptorként képes a legkülső elektronhéjára datív kötéssel elektronpárokat felvenni. Ligandum olyan ion vagy semleges molekula lehet amelyik nemkötő elektronpárját datív kötéssel képes a komplexképző ionnak átadni. Az ilyen típusú ionokat a koordinációs számmal lehet jellemezni. Koordinációs szám megmutatja hogy a komlexképző központi ion hány ligandumot képes magához kötni.

Ajánlott irodalom/Irodalomjegyzék Szabó Lászlóné: Kémia I. Általános kémia (Nemzeti Tankönyvkiadó) Dr. Boksay Zoltán: Kémia 9. gimnáziumok számára (Nemzeti Tankönyvkiadó) Orbán Erzsébet-Borszéki Ágnes: Felvételi és versenyfeladatok gyűjteménye. Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete (Gondolat) Dr. Köpeczi Béla: A kultúra világa (Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó) Természettudományi kisenciklopédia (Gondolat) Nagy Lajos György: Radiokémia és izotóptechnika (Tankönyvkiadó) Villányi Attila: Kémia Feladatgyűjtemény a kétszintű érettségire Villányi Attila: Kémia a kétszintű érettségire Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából. Készítette: Fischer Mónika

15

www.biokem.hu


Internetes források A tanulásban az Internet nagyon nagy segítségedre lehet .Gyorsan tudsz sokféle témában nagyon tág határok között információhoz jutni. de fontosnak tartom megemlíteni hogy nem minden hiteles amit az interneten találsz. Körültekintően ellenőrizd milyen forrásból, kinek a tollából , és mennyire megbízható honlapról szeded le az információt. • http://www.atomki.hu/fizmind/harmonia/harmonia.html Cseh József : Harmónia a bonyolultságban: Szimmetriák az atommagokban A cím nagyon jól megfogalmazza, hogy mit is foglal magába. Az atommagokban fellelhető szimmetriák vizsgálatával foglalkozik, mégpedig több magmodell bemutatásán keresztül. A cikk második felét inkább olyan érdeklődőknek ajánlanám, akiknek úgy érzik, hogy jó térlátással rendelkeznek. • http://www.mezgazd-koszeg.sulinet.hu/diak/kemia/DATA/Tudosok/data/bh5/Meyer.html Lothar Meyer periódusos rendszere, 1870 • http://www.mezgazd-koszeg.sulinet.hu/diak/kemia/DATA/Tudosok/data/bh4/mengy.html Mengyelejev első periódusos rendszere, 1869 Ha ezt a két oldalt megnézed akkor láthatod, hogy honnan is indult, mire elérte mai formáját az általad is jól ismert periódusos rendszer. A Meyer-féle pedig egy kicsit más típusú. • http://www.hmika.fw.hu/Erdekes/Html/Talalma.htm Feltételezések, felfedezések, találmányok, események Jelentős lépések a világ megismerésében és a technológia fejlődésében A tudományok jelentősebb felfedezései vannak időrendbe szedve (azért nem ellenőriztem le, hogy valami fontos hiányzik-e) és linkeken keresztül elérheted a bővebb információt is az adott találmányról, felfedezőről, tételről, törvényről stb. • http://kation.elte.hu/vegybank/tantov99/kiserlet/molterf.htm Gázok moláris térfogata Az oxigén moláris térfogatának megállapítása egy kísérlet segítségével. Rövid magyarázat is kapcsolódik, hozzá, illetve linkeken keresztül más kémiai törvények is elérhetők (pl.: Boyle-Mariotte, Dalton)

Gyakorló feladatok 1.Számolásos példák: 1/a. Számolásos típuspéldák és levezetésük magyarázata 1. Hány proton és neutron van 6 gramm lítium atomban? - A 6 g Li – nak a molszáma : M = 7 g/mol

n=

m M

alpján


16

www.biokem.hu


Nagy segítség lehet a számolásban eleinte a " szamárháromszög " használata .A keresett tagot letakarva osztással vagy szorzással megkapom azt meg . Minden 3 tagú képletre alkalmazható. m n M n = 0,86 mol - Ebben 3·0,86 = 2,58 mol proton és 0,86 · 4 =3,44 mol neutron van. - Az anyagmennyiség alapján a db szám: 1 molban van 6·1023 db részecske . Akkor 2,58 molban van 15,48 db proton és ugyan ez alapján 2,06·1022db neutron.

2. 10 g széndioxid vagy 10 g metán tartalmaz több molekulát? Avogadro törvényéből kiszámítva NCO2 = 1,36·1023 db NCH4 = 3,75·1023 db Látni, hogy a metán tartalmaz több molekulát. A molekulák száma arányos az anyagmennyiséggel, minél nagyobb a vegyület moláris tömege annál kevesebb molekulát tartalmaz, így a kisebb moláris tömegű metán tartalmaz több molekulát azonos tömegben. 3. Mekkora tömegű oxigén atom tartalmaz 2·1023 – on db protont? 2·1023 db proton anyagmennyisége: n = 1/3 mol Ez 1/24 mol oxigénben van. 1 mol oxigénben 6·1023 db részecske van 8 mólban 4,81·1023 proton van. 16 g oxigénben van 4,8·1023 db proton Kérdés hogy x g oxigénatomban van 2,0·1023 db proton Egyenes arányosság esetén x= 2/3 g. 4. Hány db Br2 van 5 cm3,12 kg/ dm3 sűrűségű brómban. A sűrűség képlete alapján m = ρ → 15,6 g brómunk van V - Az anyagmennyiség képletéből megkapjuk az ehhez a tömeghez tartózó molszámot 15,1 = 0,1mol 160 Avogadro arányossági törvénye alapján ez 6·1022 db részecskét jelent

1/b Számolások gyakorlása önállóan Készítette: Fischer Mónika

17

www.biokem.hu


1. Hány klóratomot tartalmaz az a metánból származtatott klórszármazék melynek halogéntartalma 89,1% .? 2. Melyik az a fém aminek oxidja 52,9% fémet tartalmaz? 3. Mi annak a vegyületnek a képlete aminek a tömegszázalékos összetétele:35,0 % nitrogén, 5,0 % hidrogén, és 60 % oxigén? 4. Egy gázelegy azonos tömegben tartalmaz hidrogént, oxigént és egy ismeretlen vegyületet. Az elegy sűrűsége standard nyomáson 0,2239 g/ dm3. A, Mennyi a gázelegy átlagos moláris tömege? B, Határozd meg a gázelegy metánra vonatkoztatott relatív sűrűségét. C, Határozd meg az ismeretlen vegyület moláris tömegét. D, Határozd meg az elegy v/v % - os összetételét? Egy magnézium- alumínium ötvözet 0,3 grammja sósavval 372 cm3standard állapotú hidrogént fejleszt. Számítsuk ki az ötvözet % - os összetételét. 5. Egy magnézium- alumínium ötvözet 0,3 grammja sósavval 372 cm3standard állapotú hidrogént fejleszt. Számítsuk ki az ötvözet % - os összetételét.

2.Táblázatos feladatok 1.

Vegyjel

19K

VI. VIII. XIII. 26Fe XXII.

Vegyértékelektronszerkezet

Lezárt héjak (betűkkel jelölve)

Párosítatlan elektronok száma

I. VII. 2s2p5 XIV. XVII. XXIII.

II. K, L IX. XV. XVIII. nincs

III. 0 X. 2 XIX. XXIV.

Az ion elektronA természetben szerkezete előforduló melyik (egyik) ionja nemesgáz szerkezetével egyezik meg ? IV. V. nincs  XI. XII. XVI. Ar XX. XXI. XXV. He

2. CS2 1 4 7 10 13 16 19 22

KÉRDÉSEK

A molekula szigma-kötéseinek száma A molekula pi-kötéseinek száma A központi atom nemkötő elektronpárjainak száma A központi atom vegyértéke A ligandum vegyértéke A molekula alakja A molekula kötésszögei A molekula polaritása

H2O 2 5 8 11 14 17 20 23

3. Készítette: Fischer Mónika

18

www.biokem.hu

HCHO 3 6 9 12 15 18 21 24


4.

SO 24−

H3O+

NO 3−

Neve Alakja Kötésszög A σ-kötések száma

. A delokalizált π-kötések száma A datív eredetű kötések száma

3.Négyféle asszociáció A.) SO2-molekula B.) CO2-molekula

A szilárd anyag KÉPLET VEGYJEL

rácstípus

a rácspontokban a rácsösszetartó lévő részecskék erő pontos (képlet és a megnevezése részecske típusa)

Standard halmazállapot

H2O

1.

2.

3.

4.

SiO2

5.

6.

7.

8.

CO2

9.

10.

11.

12.

NaCl

13.

14.

15.

16.

Fe

17.

18.

19.

20.

C.) mindkettő D.) egyik sem


19

www.biokem.hu


1, kötései apolárosak 2, kötései polárosak 3, dipólusmolekula 4, apoláris molekula 5, a molekula két szigma-kötést tartalmaz 6, a molekula két π-kötést tartalmaz

7, a központi atom négy vegyértékű 8, a központi atom hat vegyértékű 9, a molekulában összesen négy nemkötő elektronpár található 10, a ligandum két vegyértékű

A.) szigma kötés B.) π-kötés C.) mindkettő D.) egyik sem 11, száma döntően befolyásolja a molekula téralkatát 12, lehet delokalizált 13, kialakulhat két p- atompályából 14, lehet apoláris 15, lehet datív jellegű

16, csak egy atomtörzshöz tartozik 17, molekulapályája tengelyszimmetrikus 18, molekulapályája síkszimmetrikus 19, egy molekulában több is lehet belőle 20, két atom között csak egy jöhet létre.

4.Röviden válaszolj az alábbi kérdésekre 1. Mely tényezők határozzák meg elsődlegesen egy molekulában az atomok térbeli elrendeződését (a molekula „alakját”) egy központi atom körül? 2. Hasonlítsd össze és magyarázd a szén–szén kötésfelszakítási energia értékét az etán (C2H6), az etén (C2H4) és az etin (C2H2) molekulája esetében! 3. Hasonlítsd össze és magyarázd a kötésszögeket az etén (C2H4) és a kén-trioxid molekulája esetében!

5.Gondolkodtató feladat 1. Melyik sorban igaz az állítás az összes molekulára? Írd le azoknak az anyagoknak a képletét, amelyekre az adott sorban nem igaz az állítás! A. apoláris molekulák: CO2, SO2, SF6, CH4 B. szilárd halmazállapotban molekularácsot képez: CO2, SO2, SiO2, NO2 C. jól vezeti az elektromos áramot: Cu, Cgrafit, NaCl(sz), sósav D. a molekulák halmazában hidrogénkötések alakulnak ki: NH3, HF, H2O, C2H5OH E. külső elektronhéjának szerkezete 2s22p6: O2-, Na+, Ne, Mg+, F2.

Azonos hőmérsékleten, azonos térfogatú tartályok az alábbi gázmennyiségeket tartalmazzák: -1,5.1023 db héliumatom -1 g hidrogéngáz -0,25 mol nitrogéngáz -15.1022 db oxigénmolekula -1 g klórgáz -0,5 g fluorgáz

A.

Melyik tartályban legnagyobb a gáz tömege?


20

www.biokem.hu


B. C. D. E.

Melyik tartályban legnagyobb a gáz anyagmennyisége? Melyik tartályban legkisebb a részecskék száma? Melyik tartályokban azonos a gázok nyomása? Miért? Mekkora térfogatot töltenének be külön-külön a gázok standard nyomáson és 25 C° hőmérsékleten?

A kérdés betűjele után írt vegyjelekkel, képletekkel válaszolj! 3.

Az alábbi állítások közül melyek igazak? A lehetséges válaszok egyikének betűjelével válaszolj! Az állítások helyességét indokold! I. A 2p pályaenergia abszolút értéke az oxigénatomban nagyobb, mint a nitrogénatomban. II. Az s atompályák sugara adott perióduson belül állandó. III.Páros rendszámú atomban nem lehet párosítatlan elektron. IV. Az N elektronhéjon összességében több elektron tartózkodhat, mint a K, L, M héjon együttvéve. Lehetséges válaszok: A. I. és II. B. III. és IV. C. II. és IV. D. I. és IV. E. Mind a négy állítás igaz.

6.Többszörös asszociáció a) a hidrogénkötés b) a diszperziós kölcsönhatás c) a dipólus-dipólus kölcsönhatás d) a kovalens kötés 1.) elsőrendű kötőerő 2.) másodrendű kötőerő 3.) az oxigéngázban előforduló kötéstípus 4.) a kénkristályban előforduló kötéstípus 5.) a jégkristályban előforduló kötéstípus 6.) dipólusmolekulák között létrejöhet 7.) az atomrácsos kristályokra jellemző kötéstípus 8.) csak különböző elektronegativitású atomokat tartalmazó molekulák között jöhet létre

7. Kísérletek, problémamegoldás. - Egy lezárt lombikban forró víz és vízgőz van. Mi történik, ha a gőzteret jéggel hűtjük? - Miért vezeti a grafit, és miért nem vezeti a gyémánt az elektromos áramot?

8.Tesztfeladat 1.) Melyik a LEGMEGFELELŐBB válasz! A víz és az ammónia forráspontja viszonylag magas, mert… a) molekulatömegük nagy


21

www.biokem.hu


b) kötéseik polárosak c, molekuláik aszimmetrikusak d, molekuláik polárosak e, hidrogénkötéseket tartalmaznak 2.) A hidrogénkötés olyan molekulák között alakulhat ki, amely molekulákban… a, H-atom van b, OH kötés van c, poláris XH kötés van, ahol X nagy EN-ú atom d, a központi atomnak nemkötő elektronpárjai vannak e, a C és a D válasz együtt helyes 3.) Melyik kijelentés HIBÁS? a, a vízmolekulában az oxigénatom a kötő elektronpárokat maga felé vonzza, ezért a hidrogénatomok között az elektronsűrűség kicsi b, a vízmolekula hidrogénatomja egy másik vízmolekula oxigénatomjával másodrendű kötést, hidrogénkötést létesíthet c, a vízben a hidrogénkötésnek megfelelő OH távolság kisebb, mint a kovalens kötéssel kötődő oxigén- és hidrogénatomok közötti távolság d, a víz viszonylag magas olvadás- és forráspontja a vízmolekulák között kialakult hidrogénkötésekkel magyarázható 4.) Az alább felsorolt anyagok közül melyek azok, amelyek valamennyien molekularácsban kristályosodnak szilárd halmazállapotban? a, CO2, CO, C, CH4 b, N2, H2O, He, Fe c, N2, Na, Cl2, NaCl d, O2, CO2, Ne, NH3 e, Br2, Ca, HCl, Na 5.) Melyik rácstípus nem fordul elő elemeknél? a, atomrács b, molekularács c, ionrács d, fémrács e, valamennyi rácstípus előfordulhat 6.) Melyik sor tartalmaz mind a négy rácstípusra példát? a, alumínium, kősó, gyémánt, réz-szulfát b, jég, kalcium-oxid, ezüst, kálium c, vas, jód, szilícium, nátrium-klorid d, kén, réz, jód, arany e, cézium-klorid, szilícium-dioxid, kalcium-klorid, jég 7.) Az olvadáspontok összehasonlítása alapján válaszd ki a molekularácsos kristályt! olvadáspont (°C) a, LiCl ⇔ 610°C


22

www.biokem.hu


b, KCl c, MgCl2 d, NaC e, AlCl3

⇔ ⇔ ⇔ ⇔

772°C 714°C 808°C 192°C

8.) Melyik klorid kristályrácsa ionrács? olvadáspont (°C) a, CCl4, ⇔ -23 b, SbCl3 ⇔ 73 c, HgCl2 ⇔ 498 d, CaCl2 ⇔ 782 e, SnCl2 ⇔ 246 9.) Az alábbiakban rácstípusokat és képleteket jelölünk. Melyik az a csoport, amelyik az összetartozó párokat tartalmazza? a S8 e molekularács b NaCl f fémrács g ionrács c SiO2 d I2 h atomrács lehetséges csoportok:a, (a,g) ; b, (b,f) ;c, (c,g) ; d, (d,e) e, (b,h 10.) Itt különböző anyagokat, olvadáspontokat és kristályrácstípusokat jelöltünk. a) oxigén e) 1539°C x) ionrács b) kálium-klorid f) -219°C y) molekularács c) alumínium g) 660°C z) atomrács d) vas h) 772°C w) fémrács Melyik csoportosítás tartalmazza helyesen az összetartozó anyagot, olvadáspontot és rácstípust? a, h,y b ,h,z c, f,w d, e,w b ,e,z 11.) Csoportosítsd az anyagokat, az olvadáspontot és a rácstípust! e) 961°C x) fémrács a) NH3 b) Ag f) 808°C y) atomrács c) NaCl g) 1410°C z) molekularács d) Si h) -77°C w) ionrács a, f,z b, f,w c, g,x d, g,y b, g,z 12.) A NaCl rácsenergiája 780 kJ/mol. Ez azt jelenti, hogy… a, 780 kJ energia szabadul fel 1 mol kristályos NaCl szabad ionokra való felbontásakor. b, 780 kJ energia szükséges 1 mol kristályos NaCl szabad ionokra való felbontásához. Készítette: Fischer Mónika

23

www.biokem.hu


c, 780 kJ energia szükséges 58,5 g kristályos NaCl szabad ionokra való felbontásához. d, az A és B válasz is helyes e, a B és C válasz is helyes 13.) Egy szürke színű szilárd anyagról az alábbiakat állapították meg: olvadáspontja: 113,7°C , vízben nem oldódik, etanol oldja , az elektromos áramot sem kristálya, sem oldata nem vezeti, melegítés hatására szublimálódik. Melyik rácstípusban kristályosodik ez az anyag? a, ionrács b, atomrács c, molekularács d, fémrács e, az anyag nem kristályos szerkezetű, hanem amorf 14.) Egy fehér, kristályos anyag olvadáspontja 808°C. Vízben jól oldódik, oldata, olvadéka vezeti az elektromos áramot, szilárd állapotban nem vezető. Milyen kristályrácsú ez az anyag? a, molekularácsos b, fémrácsos c, atomrácsos d, ionrácsos e, nem kristályos szerkezetű, hanem amorf 15.) Egy szilárd anyag tulajdonságai a következők: melegítés hatására fokozatosan lágyul keménysége nagy, vízben nem oldódik, az elektromosságot nem vezeti. Milyen szerkezetű ez az anyag? a, ionrácsos b, molekularácsos c, atomrácsos d, fémrácsos e, amorf szerkezetű 16.) Melyik sor tartalmaz csupa olyan anyagot, amelyikben ionkötés és kovalens kötés egyaránt előfordul? a, jód, kálium-jodid, kálium b, szén-dioxid, szénsav, nátrium-karbonát c, magnézium-oxid, alumínium-oxid, vas(II)-oxid d, trinátrium-foszfát, alumínium-szulfát, kálium-nitrát e, nátrium-klorid, kálcium-klorid, vas(II)-klorid 17.) Melyik megállapítás HIBÁTLAN? a, a HCl forráspontja magasabb, mint a HF-é, mert a HCl molekulatömege nagyobb b, a HCl-nak magasabb a forráspontja, mint a HBr-nak, mert a HCl erősebben dipólusos c, a F2-nak magasabb a forráspontja, mint a HF-nak, mert a F2-nak nagyobb a molekulatömege d, a NaCl-nak nagyobb a olvadáspontja, mint a HCl-nak, mert a NaCl molekulája nagyobb méretű e, a Cl2-nak magasabb a forráspontja, mint a F2-nak, mert a Cl2 nagyobb méretű 18.) Melyik állítás hibás? A szilícium-dioxid… a, atomrácsos kristályt alkot.


24

www.biokem.hu


b, kristályban minden szilíciumatomot négy oxigénatom vesz körül. c, magas hőmérsékleten magnéziummal redukálható. d, az ásványi világban gyakori. e, szilícium- és oxigénatomjai között π-kötések vannak. 19.) Az alábbi vegyületek közül melyiknek a legalacsonyabb a forráspontja? a, etil-metil-éter b, bután c, etánsav d, propil-amin e, propilalkohol 20.) Melyik állítás NEM igaz? Az ionos kötés… a, elsőrendű kémiai kötés. b, csak a fémek vegyületeiben fordul elő. c, csak akkor jön létre, ha a reagáló atomok elektronegativitásának különbsége nagy (∆EN>2,0). d, kialakulása, a szabad ionok kristályrácsba rendeződése mindig energia felszabadulással jár.

9. Esettanulmány, szövegértelmezés Figyelmesen olvasd végig a szöveget, és röviden válaszolj az utána következő kérdésekre.

" - Sugárzások osztályozása hatásuk alapján Sugárbiológiai és sugárfizikai szempontból két különböző sugárfajtát tudnak elkülöníteni a tudósok: ionizáló és nem ionizáló sugárzásokat. Az ionizáló sugárzások az emberi szervezetben először fizikai változásokat okoznak, melyek a sokféle anyagot (molekulát), tartalmazó környezetben kémiai változásokká fajulnak. Ilyen lehet például a víz radiolízise – a vízmolekulák bomlása során szabad gyökök keletkeznek. A rendkívül aktív részecskék élettani folyamatokban történő megjelenésével a biológiai változások időben eltolva, napok, esetleg évek múlva jelennek meg. A nem ionizáló sugárzások – mint az elektromágneses-sugárzások, a lézerek – okozta változás nem vethető össze az előző változásokkal. Tény, hogy biológiai hatásuk részleteiről még keveset tudnak, de az egészségügyben nagyon nagy szolgálatot tesznek. Az atommagban lezajló átalakulások során a környezetbe különböző sugárzások kerülhetnek. Ezek közül a legfontosabbak: -Alfa-sugárzás Főleg a nagyobb rendszámú (Z=79 felett) elemek esetében fordul elő. A nehéz elemek alfabomlásuk során nagy tömegű részecskéket (hélium atommagokat) bocsátanak ki. Mivel a héliummag 2 protonból és 2 neutronból épül fel, ezért az alfa-bomlás után visszamaradó mag rendszáma kettővel, tömegszáma pedig néggyel csökken. Ennek a fajta átalakulásnak a felezési ideje 1010-en évtől 10-7 s-ig terjed. A legfontosabb természetes alfa-sugárzó elemek a tórium, az


25

www.biokem.hu


urán és bomlástermékei, valamint a mesterséges elemek között az ún. transzurán elemek, pl. amerícium, polónium. - Béta-sugárzás A β- bomlás nem más, mint elektron kibocsátás: n0 → p+ + e - + ν . A nagy neutron/proton aránnyal rendelkező, azaz a stabiltól eltérő radioaktív anyagok e sugárzási móddal kerülnek stabil állapotba. Ez a leggyakoribb bomlási mód, melynek során a protonszám eggyel nő. Az elektron a bomlás pillanatában úgy keletkezik, hogy egy neutron protonná és elektronná alakul. A mesterséges radioaktivitás terén ismeretes a pozitív béta-bomlás is, amikor az atommag egy pozitron kibocsátásával stabilizálódik. Ilyen izotópokat alkalmaznak az egyik legújabb diagnosztikai eljárás, a pozitron annihiláción alapuló vizsgálatok során (PET, Magyarországon a debreceni klinikán). - Gamma-sugárzás 1900-ban Villard felfedezi a legáthatolóképesebb sugárzást, a γ- sugárzást. Rövid idő múlva bebizonyosodik, hogy nagy energiájú elektromágneses sugárzásról, vagyis a röntgensugárzással és a fénnyel rokon sugárzásról van szó. Ha a gerjesztett mag kisebb energiaszintre jut – miközben energiafeleslegét gamma-fotonok formájában leadja – gamma-sugárzásról beszélünk. Az előző átalakulásokkal szemben itt a radioaktív izotóp nem alakul át más elemmé, mert sem proton sem neutron kibocsátása nem történik. A kettős sugárzók közül a jód-131, kálium-40 legjelentősebbek. Van még egy sugárzás, melyet érdemes megemlíteni, bár nem a radioaktív bomlásból származik. - Neutronsugárzás (neutron emisszió) Néhány nehézmag spontán hasadása során, (továbbá a mesterségesen előidézett maghasadás során) neutronsugárzás keletkezik. Ilyenkor a mag két közel egyenlő részre hasad, miközben nagy energiájú gamma-fotonok és neutronok is távoznak. A spontán hasadó magok közül megemlíthető a kalifonium-252 izotóp. ." Válaszolj a szöveg anyagához tartozó rövid kérdésekre: 1: Az α- sugárzás után visszamaradt mag tömegszáma mennyivel csökken? 2 : A β- bomlás neutronok szétesését jelenti? 3 : Az α- sugárzást Villárd fedezte fel? 4 : Az α- sugárzás "1 részecskéje" hány pozitív töltésű részecskét tartalmaz? 5 : Rutherford szórási kísérletében β- részecskéket használt? 6 : Neutron sugárzásnál a mag közel azonos részekre hasad szét? 7 :A lézer ionizáló sugárzás.

Gyakorlások megoldása 1/b gyakorló számolások 1. Klórszármazék képlete: CClXH4-X


26

www.biokem.hu


moláris tömege: 12 + 35,5x + 4-x 89,1% - os klórtartalomnál 35,5 m(Cl ) = 12 + 35,5 x + 4 − x m(össz )

x= 3 tehát a kloroformról van szó.

2. A fém vegyértéke nem ismert. Tehát: x. Akkor a fémoxid képlete:Me2Ox 2 mol fématom x mol oxigénnel vegyül. 52,9 m( Me) 2 × M ( Me) = = 47,1 m (o ) 16 x

Ebből M= 8,99x → ha x= 1 akkor M = 9 ha x= 2 akkor M =18 ha x= 3 akkor M = 27 A periódusos rendszer alapján megállapítható hogy a fenti lehetőségek közül csak a három vegyértékű 27 g/mol moláris tömegű alumíniumról lehet szó.

3. Összegképlet: NXHYOz Ebből következik mN : mH : mo = 35 : 5: 60 35 5 60 ≈ ≈ 14 1 16 1: 2 : 1,5 - Mivel nem egész szám jött ki ezért be kell iktatni egy 2 – es szorzót. 2 : 4 :3 Tehát a képlet : N2H4O3 m M ρ= = 4. A, V V M elegy= δ· Vm= 0,2239 · 24,5 = 5,5 g/ mol

B,

ρ=

M (elegy) 5,5 = = 0,34 M (metán) 16

C, ha 1 mol elegyet veszünk abban 5,5 = 1,83 g hidrogén, oxigén és ismeretlen vegyület van. 3 1,83 g hidrogén gáz anyagmennyisége :0,915 mol 1,83 oxigén gáz anyagmennyisége : 0,0572 mol Készítette: Fischer Mónika

27

www.biokem.hu


Az ismeretlen vegyület anyagmennyisége: -= 1- ( 0,915 + 0,0572) = 0,0278 mol ebből a moláris tömeg: M =

1,83 = 65,8 g / mol 0,0278

D, v/v% =n/n% Tehát : 91,5% hidrogén 5,72% oxigén 2,78%vegyület 5. A reakció egyenletei: Mg +2 HCl = MgCl2 + H2 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl 3 + 3H2 1 g ötvözetben van : x g Mg és 1- x g Al 0,3 g ötvözetben: 0,3x g Mg és 0,3 · ( 1-x) g Al 0,3x g / 24,3 g/mol = 0,0124 mol magnézium 0,3 ( 1-x) g / 27 g/ mol =0,011(1-x) mol Az egyenlet szerin : 1 mol Mg 1 mol H2- t fejleszt 0,0124x mol Mg 0,0124 x mol ·24,5 dm3/mol = 0,30247 x dm3 H2- t fejleszt. 1 mol Al 3/2 mol H2- t fejleszt. 0,0111( 1-x) mol al 0,0111( 1-x) 3/2 mol · 24,5 dm3/mol= 0,4833(1-x) dm3 H2- t fejleszt. 0,30247x dm3 + 0,4833(1-x) dm3 = 0,372 dm3 x= 0,3431 dm3 Mivel 1 g ötvözet 0,3431 g Mg- t tartalmaz az összetétele :34,31% Mg és 65,69 % Al

2.Táblázatos feladat megoldása: 1.táblázat I.

II.

III.

IV.

V.

4s1

K, L

1

K+

Ar

XI.

XII.

XIII.

XIV.

XV.

XVI.

F–

Ne

S

3s2p4

K, L

S2–

XXI.

XXII.

XXIII.

XXIV.

XXV.

nincs ilyen

H

1s1

1

H– hidridion


VI.

VII.

VIII.

IX.

X.

F

K

1

XVII.

XVIII.

XIX.

XX.

4s2d6

K, L

4

Fe2+ Fe3+

2 6 Ne v. Ar 2s p2 ill. 3s p6

28

www.biokem.hu


2.táblázat 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

2

2

3

2

0

1

0

2

0

4

2

4

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

2

1

1, 2

lineáris V-alak trigonális 180° planáris

105° kisebb 120°

apoláris

Dipólus dipólus

3.táblázat 1.

2.

3.

4.

5.

molekularács

H2O molekulák

− hidrogénhíd − dipol-dipol kölcsönhatás − diszperziós kölcsönhatás

folyadék

atomrács

6.

7.

8.

9.

10.

Si és O atomtörzsek

kovalens kötés

szilárd

molekularács

CO2 molekulák

11.

12.

13.

14.

15.

diszperziós kölcsönhatás

gáz

ionrács

Na+ Cl−

ionkötés


29

www.biokem.hu


16. szilárd 4.táblázat

17.

18.

19.

20.

fémrács

Fe atomtörzsek

fémes kötés

szilárd

SO 24−

NO 3−

H3O+

Neve

Szulfát ion

Nitrátion

oxóniumion

Alakja

Szabályos tetraéder

Síkháromszög

Trigonális piramis

Kötésszög

109,5

120

Kisebb 109,5- nél

A σ-kötések száma

4

3

3

A delokalizált π-kötések száma

2

1

0

A datív eredetű kötések száma

0

0 v.1

1

3.Négyféle asszociáció 1d 6c 11 A 16 D

2c 7c 12 B 17 A

3a 8D 13 C 18 B

4b 9B 14 C 19 C

5c 10 C 15 C 20 A

4. Röviden válaszolj az alábbi kérdésekre 1. – a ligandumok (azaz a szigma-kötések) száma − a központi atomhoz tartozó nemkötő elektronpárok száma 2. – az etán, az etén és az etin azonosítása (kötések száma vagy felrajzolása) – egyre nagyobb a kötésfelszakítási energia, mert egyre több kötést kell felbontani – nem kétszeres és háromszoros, mert a pi-kötés gyengébb 3. – etén: 120°-nál kisebb, kén-trioxid 120°. – indoklás: az etén esetén a kettős kötés nagyobb térigénye miatt összenyomja az egyszeres kötéseket. Készítette: Fischer Mónika

30

www.biokem.hu


5. Gondolkodtató feladatok 1..

Helyes válasz: d a. SO2 b. SiO2 c. NaCl(sz) e. Mg+

2.

a. O2 b. H2 c. F2 d. He, N2, O2 Azonos anyagmennyiségek, V,T állandó, a gáz nyomása egyenesen arányos az anyagmennyiségekkel. 24,5 V(He) = dm 3 4 e. = 6,125 dm3 24,5 dm 3 V(H 2 ) = 2 = 12,25 dm3 24,5 V(N 2 ) = dm 3 4 = 6,125 dm3 24,5 dm 3 V(O 2 ) = 4 = 6,125 dm3 24,5 V(Cl 2 ) = dm 3 71 = 0,345 dm3 24,5 V(F2 ) = dm 3 76 = 0,322 dm3

3.

a, b, c, d, helyes válaszonként 1 pont indoklás A térfogatok helyes felírása 0,5-0,5 pont Helyes válasz: d az 1. sz. állítás indoklása: - az oxigénatom mérete kisebb, mint a nitrogénatomé - az oxigénatom nagyobb erővel vonzza az elektronokat - több energia szabadul fel, ha egy elektron végtelen távolról a 2p pályára épül be a 4. sz. állítás indoklása: adott elektronhéjon az elektronok száma 2n2 K héj 2eL héj 8eM héj 18e- N héj 32eÖsszesen: 28e- < 32eMinden más helyes indoklás elfogadható. Csak a helyes választás (d) esetén adjunk pontot!


31

www.biokem.hu


6. Többszörös asszociáció 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

D

A

C

C

E

A

D

B

7. Kísérletek, problémamegoldás 1.) Zárt edényben egyensúlyi állapot alakul ki a folyadék és a felette lévő gőztér között. Ebben az egyensúlyi állapotban a folyadék feletti gőzt telített gőznek nevezzük, nyomását pedig gőznyomásnak vagy tenziónak. Azt a hőmérsékletet, amelyen a folyadék tenziója (gőznyomása) eléri a külső nyomást, forráspontnak nevezzük. A forráspont függ a külső nyomástól, minél magasabb a külső nyomás, annál magasabb a forráspont. A folyadékra nehezedő külső nyomás csökkenésével a forráspont is alacsonyabb lesz. Az elvégzett kísérlet során azt fogjuk tapasztalni, hogy a folyadék rövid időn belül forrni kezd. A hűtés hatására a gőztérben lévő vízgőz lecsapódik, így a folyadék feletti gőztér nyomása csökken, a folyadékból könnyebben lépnek ki a molekulák a gőztérbe, vagyis csökken a forráspont. 2.) A gyémánt atomrácsában a szénatomok tetraéderes elrendeződésben szerepelnek, minden atom négy kovalens kötéssel kapcsolódik az őt körülvevő négy atomhoz (4-es koordinációjú). A grafit rétegrácsos szerkezete “átmenetet” jelent az atomrács és a fémrács között. Minden szénatom három szigma-kötéssel kapcsolódik a közvetlen szomszédságában lévő három szénatomhoz (3-as koordinációjú), a negyedik elektronjával delokalizált π-kötést létesít. Ezek a delokalizált elektronok elektromos erőtér hatására elmozdulhatnak, így a grafit bizonyos mértékig vezeti az elektromos áramot.

8.feladat 1.

2.

3.

4.

5.

6.

E

E

C

D

C

C

7.

8.

9.

10.

11.

12

13.

14.

15.

16.

E

D

D

D

D

E

C

D

E

D

17.

18.

19.

20.

E

E

B

B


32

www.biokem.hu


9.Esettanulmány , szövegértelmezés

1.

2.

3

4.

5.

6.

7.

4

nem

nem

2

nem

igen

nem


33

www.biokem.hu

Első oktatócsomag. 1.Az atommag rövid története (olvasmány)

Recommend Documents